考虑台风影响的含源配电网可靠性研究

史训涛 柯清派 袁智勇 雷金勇

摘  要：近年来，我国沿海地区频繁出现台风灾害，而台风灾害的发生会给电力系统造成巨大损失。为了提高含源配电网的可靠性，就必须要充分考虑台风的影响。为此，文章便对考虑台风影响下的含源配电网可靠性进行深入的研究，以此提出一种科学的含源配电网可靠性评估方法，以期能够全面提高含源配电网的安全运行水平，最大限度的降低台风给含源配电网运行带来的不利影响。

關键词：台风;含源配电网;可靠性

中图分类号：TM726         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）05-0075-02

Abstract： In recent years， typhoon disasters occur frequently in the coastal areas of China， and the occurrence of typhoon disasters will cause huge losses to the power system. In order to improve the reliability of distribution network with source， the influence of typhoon must be fully considered. For this reason， this paper makes an in-depth study on the reliability of the active distribution network considering the influence of typhoon， and puts forward a scientific reliability evaluation method of the active distribution network， in order to improve the safe operation level of the active distribution network in an all-round way， so as to minimize the adverse impact of typhoon on the operation of active distribution network.

Keywords： typhoon; distribution network with source; reliability

引言

长期以来，由于全球气候的变化，使极端天气频繁出现，这也使沿海地区每年都会受到台风灾害的侵扰，这也给我国沿海地区带来了巨大的经济损失。电力系统在运行过程中，更会受到台风灾害的严重影响，较强的台风不仅会造成大规模停电，甚至还会引发电力灾难。因此，在配电网建设中，必须要对台风的影响进行充分考虑。据相关调查表明，台风对电力系统的影响主要集中在电杆故障，很少出现断线情况，因此可对断线情况进行忽略。而本文则仅对电杆故障造成的含源配电网可靠性降低的情况进行考虑，通过分析台风和含源配电网可靠性之间所存在的内部关系，对于提高含源配电网可靠性，保障当地民众生命安全具有重要现实意义。

1 台风模型分析

在对台风的风场进行模拟时，通常采用Batts台风模型，该模型是通过对台风中心的移动风速以及气旋梯度风速进行叠加，然后以台风中心与研究位置之间的关系为依据，以此测出台风风速值的。由Vgx来对梯度最大风速值进行表示，该参数可通过忽略摩擦梯度风方程来求出，具体可表示为

在上述表达式中，地球在自转过程中所具备的科氏力系数由f进行表示，而经验系数则由K来进行表示，在研究过程中，将经验系数的值设定为6.72。而中心压差则由 P来进行表示，台风风速的半径最大值则由Rmax来进行表示，其单位为km。一般而言，该处也是平均最大风速的所在位置，因此可进行以下表示

在上述表达式中，台风在登陆沿海地区之前，其所具有的中心气压差可由？驻P0来表示，而台风在t时刻登陆沿海地区后，其所具有的中心气压值则由？驻P（t）来进行表示，台风在登陆过程中，其自身运动方向和海岸线之间的夹角则由？茁来进行表示。

一般而言，平均最大风速值V■通常会在Rmax位置上出现，因此可进行以下表示，即

在上述计算公式中，台风在移动过程中的自身速度由VT进行表示，而速度单位则为m/s。在对风场内不同位置的风速进行计算时，则需按照以下公式来进行，即

从上述公式中，台风的风场模拟圆中不同点所具有的风速平均值由Vrin来进行表示，而台风风场的模拟圆之外不同点所具有的风速平均值则由Vrout来进行表示。台风中心和含源配电网之间的距离则由r来进行表示，以径向为方向，台风所具有的强度衰减参数由x来进行表示，将x的取值控制在0.5至0.7范围以内。

2 电杆的故障率与修正

2.1 荷载效应

电杆结构受到内力与外力变形的影响，便是电杆的荷载，当电杆受到台风灾害影响时，其外力包括三种，一种是台风给导线施加的风荷载，一种是台风给杆塔施加的风荷载，还有一种是台风给绝缘子施加的风荷载。这三种风荷载在计算过程中，需要确定电线的水平档具、风压高度的变化系数、电线风压的不均匀系数、电线体形系数、风向和线路夹角、电线外径、线路规定标高中的设计风速、风振系数、杆塔迎风面的投影面积、风荷载体形系数、各串绝缘子片数、一相导线中的绝缘子串数以及各片绝缘子的受风面积等参数，这些参数均可从设计规范中进行确定。在对这三种风荷载的值进行计算得出后，便可确定电杆杆身中任意截面的弯矩。

2.2 故障率模型

在含源配电网中，其电杆材质大多以混凝土为主，因其在制作工艺上有着不同差异，因此会使其抗弯强度产生分散，而对于混凝土电杆而言，其抗弯强度是满足正态分布规律的，由此便可通过公式来表示其概率密度函数，在此过程中需要应用到混凝土电杆抗弯强度的标准差及其均值。通过公式计算可对电杆中的荷载效应及其强度变量进行求出，并以此对基本变量是元件状态的功能函数进行建立。在此过程中需要确定元件的强度，而本文便以正态分布态势中的某个随机性变量进行设定，而风力荷载对元件所产生的内部效应，也就是应力和风向以及风速是存在联系的。因元件强度是满足正态分布态势的，因此，基本变量是元件状态的功能函数也应满足正态分布态势。由此便可分别得出元件在正常状态与故障状态下的功能函数依据，从而根据元件受到风力荷载而形成的内部效应，即可对电杆故障率进行计算。

2.3 修正

从电杆的故障率模型分析中，可以确定电杆的抗弯强度是满足正态分布态势的，这并没有对不同电杆所存在的不同运行状态进行充分考虑。在含源配电网中，每个电杆都有着不同的投入运行时间，而且所采用的加固支撑方法也有所不同，这势必会给电杆的故障率计算造成影响。为了消除这种影响，就必须要针对该因素来修正电杆的故障率。在将电杆进行投入运行时，电杆发生故障的频率和其投入运行的时间有着内在的变化规律，由此便可利用曲线来绘制电杆的故障率与其使用寿命，以此描述两者间的关系，在该绘制曲线中可以看出，整个曲线的形状呈现出两侧高而中间低的变化态势，并且曲线中间的低洼地带较为平坦，这使得曲线形状看起来像一个“浴盆”，由此便可将该曲线称之為元件的故障率浴盆曲线。电杆在最初投入运行时，由于其尚处于磨合阶段，这使得电杆在初期使用时有着很高的故障率初始值，而随着电杆投入运行时间的不断增加，其故障率的值会随之降低，直至达到一个较为稳定的恒定值。由此便可得出各个电杆在发生老化后时的故障率修正系数，而该系数则可通过威布尔分布来进行表示，在对该系数进行计算时，需要确定威布尔的分布形状参数、电杆的投入运行年限、并通过修正后得到电杆的故障率模型，在该模型中便应用了经过修正以后的电杆故障率。

3 考虑台风影响的含源配电网可靠性评估

3.1 台风影响下的甩负荷风险指标

沿海地区在发生台风灾害后，由于电杆出现故障而引发停电，致使其他线路无法对电能进行有效的输送。这时电杆的故障停电区域通常会通过转供电与孤岛运行两种模式进行结合采用，其中，转供电能够对故障停电区域实施转带，以确保电能的正常提供。而孤岛内部分布式电源则需对高负荷等级的用户进行优先满足供电，而且因天气的影响，会使分布式电源在运行过程中产生剧烈的波动，进而造成孤岛中剩余的负荷会因分布式电源无法有效出力而发生停电。为此，可通过LLR指标来评估台风影响下含源配电网的风险，以此实现对含源配电网在出现故障时，能够描述其所受到的负荷损失。在利用LLR指标来评估台风影响下含源配电网风险时，需要明确蒙特卡罗的抽样次数、台风影响下发生倒杆事故的概率及其引发的后果严重程度。

3.2 风险指标计算

本文通过蒙特卡罗状态抽样法来处理台风影响下含源配电网的运行状态数据，通过对抽样结果进行判断，以此分析含源配电网是否出现故障。如果出现故障，则需计算其风险指标，如果没有出现故障，则继续进行抽样，直到全部抽样次数完成为止。最后再对各个故障状态下全部风险指标的和进行求出，由此便可得到当前含源配电网在台风影响下的整体风险指标值，从而实现对含源配电网在台风影响下的可靠性评价。其具体计算流程如下：第一步是对系统结构中所有设备的参数及需要对状态数据的抽样次数进行设置，第二步通过抽样来获得系统状态，并根据抽样结果来判断系统是否处于故障状态，如发生故障，则进行第三步，如未发生状态，则返回至第二步。第三步是对故障状态风险的指标分量进行计算，并判断是否抽样结束，如未结束则自动返回至第二步，如已结束则需进行最后一步，也就是对风险指标值进行计算。

4 结束语

总而言之，本文对台风影响下的含源配电网可靠性进行了风险评估，从而使含源配电网能够具备更高的风险预警能力，最大限度的降低负荷损失。本文针对台风影响下含源配电网的运行，提出了一种用于其风险评估的方法，通过对台风在登陆过程中所具有的风速特征进行考虑，并针对电杆运行状态，以此构建了含源配电网中的电杆故障率修正模型，然后将LLR作为含源配电网发生故障时的供电能力指标，以此实现了台风影响下含源配电网的LLR计算，利用该指标便可使含源配电网的运行状态得到真实反映。

参考文献：

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